Search

Submesoscale processes are defined geometrically by a lower length scale than the first baroclinic radius of deformation and dynamically by a Rossby number (Ro) of O(1), thus virtually unaffected by planetary forces. They have been widely studied in various environments using in-situ measurements, remote sensing, and numerical modelling. However, due to their unpredictable nature and relatively short spatial and temporal scales, identifying submesoscale patterns is a difficult task. Therefore, abundant ongoing research is continuously seeking new insight on their irregular behavior in the ocean. Recent observations of submesocale structures have shown their efficiency in transporting particles horizontally and vertically in both the open ocean and coastal waters. Oceanographic studies concerning the deep-sea island of Madeira have mainly focused on mesoscale processes but have yet to describe features found at the submesoscale. Based on the recent discovery of a coastal current over Madeira’s insular shelf, this study attempts to assess the role of submesoscale processes on the island’s coastal circulation and the main physical forcings responsible for their generation. A coupled ocean-atmosphere model (COAWST) was used to simulate oceanic outputs within 1-km resolution grids, from which Eulerian properties of the flow field were calculated to detect submesoscale activity in the area. In addition, 4 simulations were run according to different forcing scenarios: (A) all forcings (wind, tides, geostrophic); (B) wind forcing; (C) tidal forcing; (D) geostrophic far-field forcing. Results show that submesoscale activity was generally concentrated near the coast and mostly attributed to wind and geostrophic forcings. Eddies with Ro larger than 1 were found in Madeira’s wake and/or on the fringes of mesoscale eddies interacting with the island’s shallow bathymetry, which is in line with the literature. These small-scale eddies were the dominant feature within the coastal circulation, suggesting their important contribution to the material transport along the shelf. Os processos de submesoscala são definidos geometricamente por uma escala de comprimento inferior ao primeiro raio de deformação baroclínico e dinamicamente por um número Rossby (Ro) de O(1), praticamente não afectado por forças planetárias. Estes têm sido amplamente estudados em vários ambientes utilizando medições in-situ, detecção remota, e modelação numérica. No entanto, devido à sua natureza imprevisível e escalas espaciais e temporais relativamente curtas, a identificação de padrões de submesoescala é uma tarefa difícil. Por conseguinte, existe muita investigação em curso à procura de uma melhor compreensão do seu comportamento irregular no oceano. Observações recentes de estruturas de submesoescala demonstraram a sua eficiência no transporte horizontal e vertical de partículas tanto no oceano aberto como nas águas costeiras. Focando nas águas profundas da ilha da Madeira, vários estudos oceanográficos centraram-se principalmente nos processos de mesoscala, mas ainda não descreveram as características encontradas na submesoscala. Com base na recente descoberta de uma corrente costeira sobre a plataforma insular da Madeira, este estudo tenta avaliar o papel dos processos de submesoescala na circulação costeira da ilha e os principais forçamentos físicos responsáveis pela sua geração. Foi utilizado um modelo numérico acoplando as interações oceano-atmosfera (COAWST) para simular saídas oceânicas dentro de grelhas de 1 km de resolução, a partir das quais foram calculadas as propriedades eulerianas do campo de fluxo para detectar a actividade de submesoescala na área. Além disso, foram efectuadas 4 simulações de acordo com diferentes cenários forçadores: (A) todos os forçamentos (vento, marés, geostróficos); (B) forçamento pelo vento; (C) forçamento pela maré; (D) forçamento pelo campo distante geostrófico. Os resultados mostram que a actividade de submesoescala foi geralmente concentrada perto da costa e atribuída principalmente aos forçamentos pelo vento e geostrófico. Foram encontrados eddies com Ro maior que 1 na esteira da Madeira e/ou nas franjas de eddies de mesoescala interagindo com a batimetria rasa da ilha, o que concorda com a literatura. Estes remoinhos de pequena escala foram a característica dominante na circulação costeira, sugerindo a sua importante contribuição para o transporte de material ao longo da plataforma continental. Last but not least, I want to thank my supervisors Rui and João for guiding me through the many uncertainties and rerouting of this project and acknowledge the Portugal FCT (Fundação para a Ciência e Tecnologia) for the financial contribution in running the numerical simulations of this work.